本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造。更具體地，本發(fā)明涉及表面涂層處理。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體晶片處理期間，等離子體處理室用于處理半導(dǎo)體器件。涂層被用于保護(hù)室表面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了實(shí)現(xiàn)上述并根據(jù)本發(fā)明的目的，提供了一種用于修整在襯底上的厚度小于150μm的陶瓷層的方法。清潔所述陶瓷層。用脈沖準(zhǔn)分子激光束以3-300hz的重復(fù)頻率掃描所述陶瓷層的區(qū)域。

在另一實(shí)現(xiàn)方式中，提供了一種用于修整在襯底上的厚度小于150μm的陶瓷層的方法，所述陶瓷層包括氟化物、氟氧化物或包含鑭系iii族或iv族元素的氧化物中的至少一種。清潔所述陶瓷層。所述清潔所述陶瓷層包括：沖洗所述陶瓷層；向所述陶瓷層施加超聲能量；以及干燥所述陶瓷層。用具有200至8000mj/cm²的激光能量密度的脈沖準(zhǔn)分子激光束以3-300hz的重復(fù)頻率且以在157nm和351nm之間的波長(zhǎng)掃描所述陶瓷層的區(qū)域，其中所述陶瓷層的區(qū)域中的每個(gè)點(diǎn)用10至500次激光照射處理，其中所述脈沖準(zhǔn)分子激光束將所述陶瓷層局部加熱至使所述陶瓷層熔融而不破壞襯底也不從襯底剝離的溫度，其中所述熔融所述陶瓷層減少所述陶瓷層的松散顆粒以及降低其孔隙率。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：

1.一種用于修整在襯底上的厚度小于150μm的陶瓷層的方法，其包括：

清潔所述陶瓷層；

用脈沖準(zhǔn)分子激光束以3-300hz的重復(fù)頻率掃描所述陶瓷層的區(qū)域。

2.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述脈沖準(zhǔn)分子激光束具有在所述陶瓷層的所述厚度上提供小于60％的透射率的波長(zhǎng)。

3.根據(jù)條款2所述的方法，其中所述脈沖準(zhǔn)分子激光器具有200至8000mj/cm²的激光能量密度。

4.根據(jù)條款3所述的方法，其中所述脈沖準(zhǔn)分子激光器提供波長(zhǎng)在157nm和351nm之間的激光束。

5.根據(jù)條款4所述的方法，其中所述陶瓷層的所述區(qū)域中的每個(gè)點(diǎn)用10至500次激光照射處理，其中所述脈沖準(zhǔn)分子激光束將所述陶瓷層局部加熱至使所述陶瓷層熔融而不破壞所述襯底也不從所述襯底剝離的溫度，其中所述熔融所述陶瓷層降低所述陶瓷層的孔隙率。

6.根據(jù)條款5所述的方法，其中所述清潔所述陶瓷層包括：

沖洗所述陶瓷層；

向所述陶瓷層施加超聲能量；以及

干燥所述陶瓷層。

7.根據(jù)條款6所述的方法，其中所述陶瓷層包括氟化物、氟氧化物或含有鑭系iii族或iv族元素的氧化物中的至少一種。

8.根據(jù)條款7所述的方法，其還包括將所述襯底放置在等離子體處理室中。

9.根據(jù)條款8所述的方法，其還包括在所述襯底上沉積所述陶瓷層。

10.根據(jù)條款9所述的方法，其中所述沉積所述陶瓷層包括提供熱噴涂層。

11.根據(jù)條款10所述的方法，其中重熔深度小于50μm。

12.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述陶瓷層包括氧化釔、氟化釔、氟氧化釔或氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯中的至少一種。

13.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述脈沖準(zhǔn)分子激光器具有200至8000mj/cm²的激光能量密度。

14.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述脈沖準(zhǔn)分子激光器提供波長(zhǎng)在157nm和351nm之間的激光束。

15.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述陶瓷層的所述區(qū)域中的每個(gè)點(diǎn)用10至500次激光照射處理，其中所述脈沖準(zhǔn)分子激光束將所述陶瓷層局部加熱至使所述陶瓷層熔融而不破壞所述襯底也不從所述襯底剝離的溫度，其中所述熔融所述陶瓷層降低所述陶瓷層的孔隙率。

16.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述清潔所述陶瓷層包括：

沖洗所述陶瓷層；

向所述陶瓷層施加超聲能量；以及

干燥所述陶瓷層。

17.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述陶瓷層包括氟化物、氟氧化物或包含鑭系iii族或iv族元素的氧化物中的至少一種。

18.一種用于修整在襯底上的厚度小于150μm的包含氟化物、氟氧化物或包括鑭系iii族或iv族元素的氧化物中的至少一種的陶瓷層的方法，所述方法包括：

清潔所述陶瓷層，其中所述清潔所述陶瓷層包括：

沖洗所述陶瓷層；

向所述陶瓷層施加超聲能量；以及

干燥所述陶瓷層；

用具有200至8000mj/cm²的激光能量密度的脈沖準(zhǔn)分子激光束以3-300hz的重復(fù)頻率且以在157nm和351nm之間的波長(zhǎng)掃描所述陶瓷層的區(qū)域，其中所述陶瓷層的所述區(qū)域中的每個(gè)點(diǎn)用10至500次激光照射處理，其中所述脈沖準(zhǔn)分子激光束將所述陶瓷層局部加熱至使所述陶瓷層熔融而不破壞所述襯底也不從所述襯底剝離的溫度，其中所述熔融所述陶瓷層降低所述陶瓷層的孔隙率。

19.根據(jù)條款18所述的方法，其還包括將所述襯底放置在等離子體處理室中。

本發(fā)明的這些和其他特征將在本發(fā)明的詳細(xì)描述中并結(jié)合下面的附圖在下面更詳細(xì)地說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明在附圖的圖中通過(guò)舉例的方式示出，而不是通過(guò)限制的方式示出，并且在附圖中類(lèi)似的附圖標(biāo)記指代相似的元件，并且其中：

圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的高級(jí)流程圖。

圖2a-b是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式處理的襯底的示意圖。

圖3是可以在本發(fā)明的實(shí)施方式中使用的局部加熱系統(tǒng)的示意圖。

圖4是可以在本發(fā)明的實(shí)施方式中使用的蝕刻反應(yīng)器的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明現(xiàn)在將參考一些如在附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)地說(shuō)明。在以下的說(shuō)明中，許多具體細(xì)節(jié)被闡述以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，顯而易見(jiàn)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實(shí)施。在其他情況下，公知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)沒(méi)有詳細(xì)描述以免不必要地使本發(fā)明難以理解。

為了便于理解，圖1是在本發(fā)明的實(shí)施方式中使用的工藝的高級(jí)流程圖。陶瓷層沉積在襯底上，其中陶瓷層具有孔隙率(步驟104)。清潔陶瓷層(步驟106)。對(duì)陶瓷層進(jìn)行處理過(guò)程(步驟108)。處理過(guò)程(步驟108)包括以下步驟：通過(guò)脈沖準(zhǔn)分子激光器將陶瓷層的區(qū)域局部加熱到使陶瓷層熔融而不損壞襯底的溫度(步驟112)，以及掃描陶瓷層的通過(guò)在陶瓷層上面的局部加熱而被加熱的區(qū)域(步驟116)。確定是否重復(fù)該處理過(guò)程(步驟120)。如果重復(fù)該處理過(guò)程，則重復(fù)孔隙率降低過(guò)程(步驟108)。如果不進(jìn)一步重復(fù)該處理過(guò)程，則將襯底制成等離子體處理室中的部件(步驟124)，例如襯里、窗和注入器、邊緣環(huán)或另一個(gè)室部件的覆蓋物，或通過(guò)使用襯底作為電極。然后將襯底用于等離子體處理室中(步驟128)。

實(shí)施例

在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式的實(shí)施例中，在襯底上沉積陶瓷層(步驟104)。圖2a是襯底204的示意性橫截面圖，在該襯底204上具有陶瓷層208。陶瓷層208具有由陰影表示的孔隙率。在該實(shí)施方式中，陶瓷層208通過(guò)熱噴涂沉積來(lái)沉積。在其他實(shí)施方式中，陶瓷層可以通過(guò)等離子體噴涂、懸浮噴涂、pvd(等離子體氣相沉積)、cvd(化學(xué)氣相沉積)或氣溶膠沉積來(lái)沉積。在該實(shí)施方式中，襯底是陽(yáng)極氧化鋁。在其他實(shí)施方式中，襯底是氧化鋁、碳化硅、鋁、氧化釔或aln。在該實(shí)施方式中，陶瓷層208包括氧化釔(釔氧)。在其他實(shí)施方式中，陶瓷層208包括氟化物、氟氧化物或含有鑭系iii族或iv族元素的氧化物中的至少一種或陶瓷涂層的其他組合。優(yōu)選地，陶瓷涂層包括氧化釔、氟化釔、氟氧化釔或氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯中的至少一種。

熱噴涂是用于描述各種涂覆工藝的通用術(shù)語(yǔ)，各種涂覆工藝如等離子體噴涂、電弧噴涂、火焰/燃燒噴涂和懸浮噴涂。所有熱噴涂使用能量將固體加熱至熔融或塑化狀態(tài)。熔融或塑化的材料朝向襯底加速，使得熔融或塑化的材料涂覆襯底的表面并冷卻。優(yōu)選地，使用等離子體噴涂來(lái)提供氧化釔涂層。這些工藝不同于氣相沉積工藝，氣相沉積工藝使用氣化材料而不是熔融材料。在該實(shí)施方式中，陶瓷涂層的厚度小于150μm。

清潔陶瓷層(步驟106)。在該實(shí)施方式中，清潔首先包括對(duì)陶瓷層的表面的去離子水沖洗。然后對(duì)陶瓷層的表面進(jìn)行超聲波清洗，該超聲波清洗可以使用超聲波振蕩。然后將陶瓷層加熱至100℃以干燥陶瓷層的表面。

使陶瓷層經(jīng)受處理過(guò)程(步驟108)。在該處理過(guò)程中，通過(guò)脈沖準(zhǔn)分子激光器將陶瓷層208的區(qū)域局部加熱到使陶瓷層熔融而不損壞襯底的溫度(步驟112)被提供，以將局部區(qū)域加熱到使在局部區(qū)域熔融陶瓷涂層而不損壞襯底204的溫度。能量主要消散在陶瓷涂層的頂部50μm或不到50μm的范圍內(nèi)，使得離表面大于50μm的材料不會(huì)熔融。更優(yōu)選地，離表面大于30μm的材料不熔融。這需要選擇由陶瓷涂層吸收的能量源。在該實(shí)施方式中，陶瓷層的熔融降低了孔隙率。陶瓷層的熔融還可以包括用多次暴露和變化的能量水平重熔融陶瓷以實(shí)現(xiàn)所需的材料性質(zhì)(即熔融深度和表面光潔度)。

圖3是用于給陶瓷層208提供局部準(zhǔn)分子激光器加熱的準(zhǔn)分子激光器加熱系統(tǒng)300的示意圖(步驟112)。準(zhǔn)分子激光器加熱系統(tǒng)300包括準(zhǔn)分子激光器304。準(zhǔn)分子激光器304將脈沖激光束308提供到室302中。在一些實(shí)施方式中，準(zhǔn)分子激光器304在室302內(nèi)。在其他實(shí)施方式中，準(zhǔn)分子激光器304在室302外，其中脈沖激光束308被引導(dǎo)到室302中。脈沖激光束308被引導(dǎo)到反射鏡312。在該實(shí)施方式中，反射鏡連接到反射鏡致動(dòng)器316。反射鏡312朝向襯底208反射脈沖激光束308。

襯底支撐件340在室302內(nèi)。襯底支撐件340可耦合到二維平移系統(tǒng)342，以獨(dú)立地在x方向和y方向上移動(dòng)襯底支撐件340。在該實(shí)施例中，平移系統(tǒng)342包括用于在x方向上移動(dòng)襯底支撐件340的x臺(tái)架343和用于在y方向上獨(dú)立地移動(dòng)襯底支撐件340的y臺(tái)架344。二維平移系統(tǒng)342相對(duì)于脈沖激光束308移動(dòng)襯底。襯底支撐件340還可包括加熱元件350，諸如例如電阻加熱器，和/或散熱器(例如水冷卻板)以在工藝期間控制襯底溫度。

具有陶瓷層208的襯底204被放置在諸如n2、he或ar等吹掃氣體下在準(zhǔn)分子激光器加熱系統(tǒng)300中。陶瓷層208的局部區(qū)域由準(zhǔn)分子激光器304加熱至使陶瓷層熔融而不損壞襯底204的溫度，其中熔融降低孔隙率以及減少松散顆粒(步驟112)。脈沖激光束在陶瓷層208上產(chǎn)生具有1-10mm²的面積的束場(chǎng)，使得由脈沖激光束直接加熱的局部加熱區(qū)域具有1-10mm²的面積。

在陶瓷層208上掃描陶瓷層208的加熱的局部區(qū)域(步驟118)。在各種實(shí)施方式中，二維平移系統(tǒng)342或反射鏡312由反射鏡致動(dòng)器316導(dǎo)致移動(dòng)單獨(dú)或組合地可用于提供掃描。在該實(shí)施方式中，掃描是沿x和y方向形成行和列的笛卡爾坐標(biāo)。在其他實(shí)施方式中，掃描可以是在螺旋路徑中旋轉(zhuǎn)。局部加熱將陶瓷層208加熱到陶瓷層208的熔融溫度，使得陶瓷層208熔融并再凝固。在一些實(shí)施方式中，陶瓷層已經(jīng)預(yù)先熔融，使得熔融是重熔。在該實(shí)施例中，確定局部區(qū)域?qū)⒃谔沾蓪?08上掃描兩次(步驟120)。在該實(shí)施方式中，第二掃描將處于與第一掃描不同的處理?xiàng)l件下。在其他實(shí)施方式中，第二掃描將處于相同的處理?xiàng)l件。

圖2b是在局部區(qū)域已經(jīng)在陶瓷層208上掃描兩次之后在襯底204上具有陶瓷層208的襯底204的示意性橫截面圖。該處理降低了孔隙率以及減少了表面顆粒，如減少的陰影所示的?？梢蕴峁┢渌幚聿襟E，例如額外的去離子水漂洗和陶瓷層表面的干燥。

然后將襯底204制成等離子體處理室的一部分(步驟124)。圖4是其中已經(jīng)安裝了襯底的等離子體處理室400的示意圖。等離子體處理室400包括約束環(huán)402、上電極404、下電極408、氣體源410、襯里462和排放泵420。襯里462是由具有重熔的陶瓷層的襯底形成。在等離子體處理室400內(nèi)，晶片466被定位在下電極108上。下電極408包含用于保持晶片466的合適的襯底夾持機(jī)構(gòu)(例如，靜電式、機(jī)械式夾持，等等)。反應(yīng)器頂部428包括與下電極408正相對(duì)地布置的上電極404。上電極404、下電極408和約束環(huán)402限定約束等離子體體積440。

氣體由氣體源410通過(guò)氣體入口443供給到約束等離子體體積440，并且由排放泵420通過(guò)約束環(huán)402和排放口從約束等離子體體積440排出。除了有助于排放氣體，排放泵420還有助于調(diào)節(jié)壓力。rf源448電連接到下電極408。

室壁452圍繞襯里462、約束環(huán)402、上電極404和下電極408。襯里462有助于防止穿過(guò)約束環(huán)402的氣體或等離子體接觸室壁452。將rf功率連接到電極的不同組合是可能的。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，27兆赫、60兆赫和2兆赫的功率源構(gòu)成連接到下電極408的rf功率源448，并且上電極404接地?？刂破?35可控地連接到rf源448、排放泵420和氣體源410。處理室400可以是ccp(電容耦合等離子體)反應(yīng)器或icp(感應(yīng)耦合等離子體)反應(yīng)器或可使用如表面波、微波或電子回旋共振ecr等其他源。

然后在等離子體處理室中使用襯底(步驟128)。在使用中，晶片466被放置在下電極408上。等離子體處理氣體(例如蝕刻氣體或沉積氣體)從氣體源410流入等離子體處理室400內(nèi)。在該實(shí)施例中，等離子體處理氣體具有包括氫和鹵素的組分。等離子體處理氣體形成為用于等離子體處理的等離子體。一些含鹵素和氫的組分沉積在襯里462上。當(dāng)室打開(kāi)時(shí)，氫和鹵素組分與水蒸氣形成酸。在高孔隙率的情況下，陶瓷層將使襯底暴露于酸，這將導(dǎo)致襯底腐蝕。熱處理使孔隙率降低，從而使得陶瓷層保護(hù)襯底不受酸的影響而得以改善。

優(yōu)選地，陶瓷層的孔隙率在處理之前大于5％，在處理之后小于1％。在另一個(gè)實(shí)施方式中，陶瓷層的孔隙率在處理之前大于1％，在處理之后小于0.5％。在兩種情況下，孔隙率減少至少50％。優(yōu)選地，局部加熱具有小于50μm的熔融深度。更優(yōu)選地，熔融深度小于30μm。低熔融深度可以防止陶瓷層與襯底分層。這種低熔融深度允許陶瓷熔融以使陶瓷回流而不損壞或熔融襯底。在一些實(shí)施方式中，陶瓷層中的材料首次熔融。在其他實(shí)施方式中，陶瓷層中的材料被重熔。在其他實(shí)施方式中，一些材料首次熔融，而其他材料被重熔。在一些實(shí)施方式中，襯底是al、陽(yáng)極化al或氧化鋁，并且局部加熱區(qū)域?qū)⑻沾蓪蛹訜岬街辽?800℃的溫度。優(yōu)選地，當(dāng)使用脈沖準(zhǔn)分子激光束時(shí)，熔融的局部區(qū)域具有小于5厘米的直徑。

在一些實(shí)施方式中，熔融的陶瓷層具有改善的顆粒性能、均勻性、密度、純度和表面光潔度，以提高化學(xué)和等離子體抗性。重熔也可以用于密封pvd或cvd工藝的柱狀晶界。重熔還可以減少涂層坑和低密度區(qū)域氣溶膠沉積、增大涂層硬度和斷裂韌性。在一些實(shí)施方式中，將陶瓷層加熱至高于2200℃的溫度，而不損壞熔點(diǎn)為約660℃的下面的鋁，也不損壞具有高得多的熔融溫度的氧化鋁襯底。

脈沖準(zhǔn)分子激光器具有優(yōu)選在157至351nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的頻率。更優(yōu)選地，脈沖準(zhǔn)分子激光器具有在193至351nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。相對(duì)于陶瓷層選擇來(lái)自準(zhǔn)分子激光器的脈沖激光束的頻率，使得優(yōu)選小于60％的激光束在整個(gè)陶瓷層的厚度穿過(guò)陶瓷層。更優(yōu)選地，小于50％的激光束在整個(gè)陶瓷層的厚度穿過(guò)陶瓷層。優(yōu)選地，準(zhǔn)分子激光器被以3-300hz的重復(fù)頻率施以脈沖。更優(yōu)選地，準(zhǔn)分子激光器以25-200hz的脈沖重復(fù)頻率提供脈沖。優(yōu)選地，脈沖激光束在陶瓷層的表面上的面積在0.01mm²至100mm²之間。更優(yōu)選地，脈沖激光束在陶瓷層的表面上的面積在1至10mm²之間。陶瓷層的由脈沖激光束加熱的局部加熱區(qū)域大致等于脈沖激光束的面積。束形狀可以是方形束的形式。當(dāng)需要時(shí)，可以實(shí)施圓形、菱形、希臘字母π或線形的束形狀以進(jìn)一步提高處理速度。優(yōu)選地，脈沖激光束的平均激光能量的密度(能量密度)為200至8000mj/cm²。更優(yōu)選地，脈沖激光束的平均激光能量密度為500至3000mj/cm²。優(yōu)選地，每個(gè)區(qū)域被脈沖1至5000次。更優(yōu)選地，每個(gè)區(qū)域暴露于10至500次激光照射。這種曝光可以是靜態(tài)曝光，其為相同區(qū)域施以給定數(shù)量的脈沖，然后移動(dòng)到另一非重疊區(qū)域，或者曝光可以緩慢地移動(dòng)在脈沖之間被照射的區(qū)域，以產(chǎn)生重疊脈沖區(qū)域，其中重疊區(qū)域被照射規(guī)定的次數(shù)。這種脈沖消除或減少未熔融或懸浮的顆粒、裂紋和孔隙率。這種脈沖還可以使陶瓷層致密化，提高耐等離子體侵蝕性，減少顆粒形成，并改善陶瓷層的機(jī)械性能。

在另一實(shí)施方式中，不是在襯底上形成陶瓷層，而是在等離子體處理室使用陶瓷層之后將陶瓷層修復(fù)。從等離子體處理室移走襯底和陶瓷層。清潔陶瓷層的表面。在該實(shí)施例中，清潔陶瓷層的表面首先提供對(duì)陶瓷層的表面的拋光。這種拋光去除污染，但也對(duì)陶瓷層產(chǎn)生表面和表面下的損傷。然后使陶瓷層的表面經(jīng)受提供超聲波振動(dòng)的超聲波處理。然后對(duì)陶瓷層的表面進(jìn)行去離子水沖洗。然后將陶瓷層加熱至100℃以干燥陶瓷層的表面。然后對(duì)陶瓷層進(jìn)行脈沖準(zhǔn)分子激光處理以再熔融陶瓷層的至少一部分。然后可以提供隨后的去離子水沖洗和干燥。在其他實(shí)施方式中，可以提供其他清潔步驟，例如擦洗或化學(xué)擦拭。將經(jīng)修復(fù)的襯底放回等離子體處理室中，并且將等離子體處理室與安裝的經(jīng)修復(fù)的襯底一起使用。

雖然已經(jīng)根據(jù)幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但仍有落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)的變形、置換和各種替代等同方案。應(yīng)當(dāng)注意，存在實(shí)施本發(fā)明的方法和裝置的許多替代方式。因此，意在將下面所附的權(quán)利要求解釋為包括所有這些落入本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的變形、置換和各種替代等同方案。